武汉二环城东湖隧道建设工程湖区驳岸深基坑施工安全风险分析

武汉二环城东湖隧道建设工程湖区驳岸深基坑施工安全风险分析

1湖中段基坑结构及基坑土结构情况东湖隧道工程位于东湖风景管理办公室。这是武汉二环路周围道路工程的建设项目。有四条车道和一条路，这是两条无管走廊的水平段。单孔宽9.65m，总宽21.3m，总高7.55m。采用钻孔灌注桩作为结构抗浮措施。东湖隧道有部分采用明挖施工,其中湖中段距隧道结构边线30m采用吹填筑坝法修筑围堰,迎水面和基坑侧分别采用拉森IV钢板桩和24D#工字钢。下穿电力高压走廊与驳岸相接处采用袋装黏土围堰。基坑维护结构采用D650@450SMW工法桩和钻孔灌注桩。该工程湖中段水深0.5m～2.5m,地貌类型属剥蚀堆积岗状平原区,相当于长江Ⅲ级阶地。地基土结构为六大层十一个亚层,土层分布变化大。地下水位高,主要为地下水和上层滞水,上层滞水来源于大气降水和地表泾流,地下水位随降雨略有变化。该项目施工作业主要为湖区和驳岸深基坑施工作业,沿线有较多的机关团体、企事业单位及宿舍居民区,地下管线分布十分复杂。特定的施工环境及复杂的周边环境决定了东湖隧道施工的难度,施工安全风险较大。2风险分析的机制和步骤2.1不确定性规避国际隧道协会将风险定义为:“灾害事故对人身安全及健康可能造成损害的概率”。较权威的定义是美国CooperD.F和ChapmanC.B在《大项目风险分析》一书中所提出的,“风险是由于从事某项特定活动过程中存在的不确定性而产生的经济或财务的损失、自然破坏或损伤的可能性”。它具有普遍性与不确定性。针对隧道工程,可以采用以下定义:在以隧道与地下工程项目正常施工和运营为目标的行动过程中,如果某项活动存在足以导致承险体系统发生各类直接或间接损失的可能性,那么就称这项活动存在风险,而这项活动所引发的后果就称为风险事故。2.2进一步增加承载体范围风险产生机理可以简单的描述为:由于孕险环境的存在,加上致险因子的诱导,从而引发了风险事故的发生,进一步对各种不同的承载体造成损失。以笔者研究的隧道工程施工风险为例,承载体包括隧道、地面建筑物、路面系统、地下管线、已建隧道、社会群体和生态环境。其中以隧道为承险体的损失属于直接损失,如工期损失、直接经济损失以及耐久性损失等;而环境影响损失、社会影响损失和生态环境破坏损失均属于间接损失。2.3风险分析的主要步骤2.3.1数据收集首先必需采集与所要分析的风险相关的各种数据,这些数据可以从国内外过去类似项目的历史记录中获得。所采集的数据必需是客观的、可统计的。2.3.2完成不确定性模型以已经得到的有关风险的信息为基础,对风险发生的可能性和可能的结果给以明确的定量化。通常用概率来表示风险发生的可能性。2.3.3风险影响评估在不同风险事件的不确定性已经模型化后,就要评价这些风险的全面影响。通过评价把不确定性与可能结果结合起来。风险分析全过程见图1。3施工安全风险和预防措施3.1主要安全风险根据该工程需湖中围堰筑坝、线长、深基坑施工、地基土层分布变化大及周边环境复杂的特点,经分析得出,施工过程中存在的主要安全风险为:1)湖中围堰堤坝渗漏、倾斜、位移、缺口(土围堰段);2)湖中实际水位超过控制水位,湖水漫过围堰坝顶形成灾害等;3)基坑坑底隆起、管涌,边坡侧移坍塌;5)临近建筑物发生倾斜、墙体开裂等险情;6)损坏公共管线设施引发的安全事故。3.2风险分析的引入在隧道施工中对安全风险的识别,通常是依据施工设计文件中提到的安全风险项目、以往隧道施工中出现的风险项目以及运用先进的仪器设备超前探测出的风险项目来进行。这些风险项目能涵盖隧道施工中各方面的风险。对这些风险项目的风险严重度等级,从事故可能性和后果两个角度加以分析和评价,可以帮助我们采取相应的防范措施。通常用风险发生可能性和后果严重性来表示风险的大小。按评价结果类型可将风险评价分为定性评价、半定量评价和定量评价。在进行定性风险评价时,常用严重度等级来表示风险后果的严重程度(见表1)。以风险的严重性等级作为表的列项目,以风险的可能性等级作为表的行项目,制成二维表格,在行列的焦点上给出定性的加权指数,所有加权指数构成一个矩阵,这个矩阵称为风险评估矩阵(见表2)安全风险因素(风险源)初步分析归纳为:工程施工质量及材料质量因素;设计质量因素;人为因素;自然因素;外部环境因素等,通过分析以便有针对性地从源头进行控制,防患于未然。从表3可知:防渗土工膜铺设质量;吹填土及土工袋之间有空隙;围堰与岸边接口处理不到位;土围堰清基质量;钢支撑、围檩等支护工程质量;井点降水不当,承压水控制不当;挖掘机械、车辆碰撞支护结构;坑底长期暴露、积水、基底土体扰动;基坑临边地面超载;暗浜处理不当;保护措施不当;建筑物发生倾斜、沉降处理不当;在保护管线周边机械挖掘;管线保护措施不当等安全风险较大。4安全风险防范措施4.1围堰安全施工1)围堰施工前由工程承包单位制定专项安全施工方案,组织专家评审,根据评审意见修改完善后,由工程监理审批。2)做好围堰钢板桩、袋装黏土、吹填袋、防渗土工膜、反滤土工布等材料准备,以及水上作业、运输机械设备准备,督促监理对工程材料、机具设备严格检查,把好质量关。3)施打钢板桩、修筑围堰、抽干堰内湖水,主体工程结构施工必须在非雨季完成。4)严格按设计要求和安全施工方案组织围堰施工,工程监理跟班旁站监督,严格控制施工质量。5)加强围堰堤坝监测,监测点间距不大于30m,并将信息及时处理反馈,整体水平变形超过30mm或出现渗漏时应及时报警,施工单位立即有针对性地采取加固堤坝、压浸堵漏等措施,确保围堰安全。6)备足土料、草包、钢板桩等,作为应急使用。4.2工程质量控制1)基坑开挖前由工程承包单位制定专项安全施工方案,组织专家评审,根据评审意见修改完善后,由工程监理审批。2)严格按照基坑支护设计要求做好钢板桩、内支撑等材料准备及打桩机械、运输机械设备的准备,工程监理必须对工程材料、机具设备严格检查,把好质量关。3)严格按照《施工方案》进行基坑施工,工程监理要跟班旁站监督,严格控制施工质量。基坑及主体工程结构施工必须在非雨季完成。4)严格按设计要求设置降水井,基坑开挖前开启全部降水井,进行降水能力评估,待满足设计降深后方可开挖,从源头上控制管涌出现。5)基坑开挖严格按设计和安全施工方案的要求“分层、分段开挖,随挖随撑,严禁超挖”,支撑体系必须达到设计要求,牢固可靠,及时架设,并及时进行隧道结构底板施工;基坑周边地面堆载不得超过设计要求,应及时清理坑边堆载,控制基坑变形,防止出现“失稳”;基坑开挖必须以降水观测井水位为指导。6)在基坑开挖过程中,由专业监测组作好基坑变形、边坡位移、降水井水位、周边建筑物及路面(驳岸段)、支撑轴力、钢筋应力的监测,并将信息及时处理反馈,为安全施工提供指导。7)若出现坑底隆起、管涌,边坡侧移超过预警值(大于40mm),施工单位应立即采取有效措施消除险情,保障基坑安全。8)备足发电、抽水、注浆、堵漏、支护的材料和设备以及防“管涌”回填材料,以作应急用。4.3加强地面路面沉降监测1)严格按设计要求进行井点降水。2)严格控制降水速度,防止降水过快导致周边地下水位迅速下降,引发地面严重沉降。3)加强周边路面沉降监测,作好监测记录,及时处理反馈监测信息,根据路面沉降监测数据,及时调整井点降水。4)若发现地面沉降过快,应有针对性地及时采取路面注浆、设置回灌井点或回灌沙井沙沟、减缓降水速度等措施,控制地面沉降。4.4实施专项保护方案,实施保护种1)对临近建筑物进行调查,掌握各建筑物的技术资料,以便实施有效保护。2)对距基坑较近的房屋,请具有资质的专业房屋鉴定机构进行鉴定,制定专项保护方案,实施有效保护。3)加强临近建筑物倾斜、沉降监测,作好监测记录,及时处理反馈监测信息,根据监测数据及时分析建筑物的安全状态。4)若发现建筑物倾斜、沉降超过预警值或变形速率超过预警值,应立即组织专家分析原因、研究措施,有针对性地对建筑物基础、构造柱及墙体进行加固处理,若险情严重可能危及人员安全时,应果断疏散居民及其他现场人员,戒严危险区域,确保人员生命安全。4.5规避了施工过程中发生安全事故风险的措施1)开工前由工程施工单位依据《管线勘测现状图》对沿线地下管线进行调查复核,基坑开挖前采取人工探槽等办法探明地下管线的准确位置及埋深,并绘制地下管线现状调查图。2)召开管线安全专题会议,请相关管线管理单位向施工单位进行管线安全技术现场交底,并做好交底记录,施工项目负责人应在安全交底记录上签认,以明确责任。3)需要迁改的杆线,组织专人负责迁改,未及时迁改又危及杆线安全和施工安全的,禁止在周边施工作业。4)施工现场的地下管线由施工单位负责作明显的标记,并与管线管理单位共同制定管线保护措施,在管线附近施工作业时应提前通知管线管理单位派员现场监护。5)对南岸雨水箱涵及泵站、北岸10kV电力高压走廊,由施工单位制定具体的保护措施、监测方案,并征得水务、供电等专业部门认可。6)管线周边1m范围内严禁使用挖掘机械,埋设深度不够或暴露出来的管线,安排专人全天进行巡查,严防车辆碾压、堆放重物、碰撞损坏管线和其他人为破坏。7)在电力高压走廊附近施工作业,必须保持安全距离,安排安全员跟班监护,严防打桩机、混凝土泵车、吊车等超高机械设备误入电力高压危险区域,引发安全事故。8)经常对施工管理人员、作业人员进行安全生产、文明施工教育,要向施工班组、施工作业人员逐层进行管线保护、安全施工作业交底,做好交底记录。9)发生损坏管线事故,立即通知管线产权单位抢修,同时采取措施防止事故扩大。4.6水质监测与监测1)严格按设计要求进行围堰施工。2)进入雨季汛期,做好在围堰坝顶上加筑子堰的材料、施工设备及人力准备。每天从水文、气象部门获取准确的长江水位及天气预报信息,同时监测东湖水位,以指导加筑子堰施工。3)当东湖水位距堰顶不足0.5m时,应立即突击实施加筑子堰,子堰底宽2m,坡度0.5m,标高按高出东湖实际水位0.5m控制,以防止湖水漫过围堰坝顶。5风险评估的初心定位安全风险评估与防范是一项系统的综合性的工作,